Los seis neutrinos que cambiaron el mundo

Ya lo sabrás por otras fuentes, pero por si acaso, permíteme recordarte que el experimento T2K ha demostrado que el parámetro θ13 en la física de neutrinos no es nulo. Además resulta que su valor parece mayor de lo esperado. Este gran descubrimiento ha provocado un gran revuelo mediático por las implicaciones de un valor  grande para sin² (2 θ13) en el problema de la asimetría entre materia y antimateria (el problema de la violación de la simetría CP). Se ha observado en Super-Kamiokande (al oeste de Japón) la transformación (oscilación) de seis neutrinos muónicos en seis neutrinos electrónicos en el flujo de neutrinos muónicos generados en Tokai (al este de Japón), de ahí que el experimento se llame Tokai to Kamioka = T2K. Sólo se han observado 6 neutrinos, lo que implica una evidencia de sólo 2,5 σ, que puede parecer poco, y lo es, pero que ha sido suficiente para provocar todo el revuelo mediático. Una evidencia de sólo 2,5 σ podría corresponder a una fluctuación estadística o una estimación incorrecta de los sucesos de fondo o a errores sistemáticos en la medida. Si no te has enterado de nada en este párrafo te recomiendo leer a Jorge Diaz, «Aparición de neutrinos electrónicos en el experimento T2K,» Conexión causal, junio 15, 2011. También me ha gustado Rafael Montaner, «Neutrinos a la caza del Nobel,» LevanteEMV.com, junio 2011. Por supuesto, no podemos olvidar la traducción de Kanijo, «Indicaciones de un nuevo tipo de oscilación de neutrino en el Experimento T2K,» Ciencia Kanija, 15 de junio de 2011 (o el original en inglés en el Brookhaven National Lab). A los demás les recomiendo pasear por las transparencias del Wine & Cheese seminar on T2K result and its implication on Fermilab neutrino programs, 17 June 2011. Por cierto, ¿de qué charla he sacado el titular?

PS (27 junio 2011): El experimento MINOS ha publicado un resultado que complementa y podría confirmar el resultado de T2K sobre el valor no nulo del parámetro θ13. Os recomiendo la lectura de Jorge Diaz, «Experimento MINOS complementa el estudio de neutrinos de T2KConexión causal, junio 26, 2011. La nota de prensa de MINOS es Kurt Riesselmann, «Fermilab experiment weighs in on neutrino mystery,» Fermilab Press, June 24, 2011 [photos]. Muchos medios se han hecho eco de esta noticia, como «Un nuevo experimento confirma la transformación de neutrinos. Los datos del detector Minos, en EEUU, ajustan los recientes resultados del T2K de Japón,» El Pais.com, 24/06/2011.

Nueva actualización sobre el estado del LHC en el CERN

Los dos grandes experimentos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, Ginebra, ya han recibido en 2011 más de 1 inverso de femtobarn de colisiones protón contra protón (en concreto, 1,06 /fb para ATLAS y 1,05 /fb para CMS) de las que han grabado en disco 1,01 /fb de ATLAS y 0,96 /fb de CMS (la diferencia es debida a la eficiencia de cada experimento, para ATLAS se estima en el 95% y para CMS en el 92%). Lograrlo era el objetivo de la semana pasada (la semana anterior me hice eco de que el LHC ya había superado, sumando colisiones de 2010 y 2011 el objetivo de 1 /fb para todo 2011). La figura de arriba ilustra este logro. El gabinete de prensadel CERN se hizo eco de este logro el pasado 17 de junio (pero me pilló en un congreso en Sevilla). Según dicho comunicado, el logro se alcanzó a las 10:50 CEST del 17 de junio. ¿Qué significa 1/fb de colisiones protón-protón a 7 TeV c.m. en el LHC? Pues nada más y nada menos que 70 billones (sí, millones de millones) de colisiones protón-protón. Al ritmo actual de análisis de datos se analizarán estos datos en menos de un mes para todos los procesos. Por tanto en conferencias a finales de julio y principios de agosto asistiremos al análisis de todos estos datos. Muchos blogs se han hecho de esta noticia antes que éste, pero quisiera destacar a Philip Gibbs, «LHC Status Report,» viXra log, June 18, 2011, quien también nos resume lo presentado en la reunión del grupo de control de todos los experimentos del LHC, el 106th LHCC Meeting [program, slides and videos], chaired by Eckhard Elsen at CERN, 15-16 June 2011.

En su charla, Steve Myers nos recordó que las cosas van muy bien y el LHC ha logrado entregar 1 /fb de colisiones en un tiempo récord, pero no ha sido fácil lograrlo y hay gran número de problemas técnicos con los que hay que convivir (lo que genera cierta frustación entre los técnicos). La imagen de arriba ilustra un día típico en junio; seis veces se preparó la máquina para la inyección de haces (curva negra) pero sólo se pudieron inyectar protones cuatro veces (curvas roja y azul para cada uno de los haces) y en todos los casos hubo que parar (beam dump) por diferentes problemas (criogénicos, con los colimadores, UFOs, SEUs, etc.). Ya hemos hablado en este blog de los UFOs (por Unidentified Falling Objects; que yo normalmente traduzco como OVNIs en español), cuyo número y propiedades no depende de la intensidad de los haces. En 2010 se observaron 113, pero en 2011 son casi 5000; sin embargo, ya no se paran los haces cuando se produce un UFO, salvo que supere un cierto umbral de energía y pueda dañar a la máquina (ha ocurrido 11 veces en 2011 cuando fueron 18 en 2010). La media son 10 UFOs por hora, pero se ha llegado a observar 90 UFOs en 90 minutos. Los técnicos de los haces han logrado convivir con los UFOs gracias a que se conocen bien sus propiedades y cómo afectan a la máquina (aunque nadie sabe aún lo que son). La hipótesis más razonable es que son pequeñas motas de polvo dentro de los tubos del LHC que interaccionan con los haces de protones, pero nadie lo sabe con certeza. Además, todas las operaciones de limpieza (usando haces de alta intensidad) han sido infructuosas. Más información sobre los UFOs en Tobias Baer, «UFOs in the LHC,» LHC Beam Operation Committee, June 14th, 2011. En cuanto los SEUs (por Single Event Upsets) se cree que son hadrones de alta energía (mayor de 20 MeV) que abandonan el tubo del LHC y chocan contra algún dispositivo electrónico en el túnel del LHC (fuera del tubo por donde van los haces). Afectan a registros de memoria, inducen señales espurias, queman componentes electrónicos, etc. Estos dispositivos electrónicos comerciales en el túnel del LHC no están preparados para ser inmunes a los SEUs; aunque en algunos casos se utilizan dispositivos redundnates, no siempre se hace así. Más información sobre los SEUs en R. Losito, «Single event upsert vulnerability,» LHC Risk Review, EN/STI for R2E team, 2009.

Steve Myers reveló en su charla que se han hecho pruebas con el LHC utilizando una intensidad de 195 mil millones de protones por paquete que han sido todo un éxito; hay que recordar que ahora mismo se está trabajando con 120 mil millones de protones y que el LHC fue diseñado para trabajar con 170 mil millones de protones. Todo indica que la segunda mitad de 2011 será todo un éxito en cuanto a luminosidad instantánea en el LHC. A este ritmo se alcanzarán los 3 /fb de datos acumulados en 2011 con toda seguridad (si no hay ningún accidente, cruzemos los dedos) y se rozarán los 5 /fb con un poco de suerte. Hay que recordar que combinando 5 /fb en ATLAS y otros tantos en CMS se puede estar hablando de explorar todo el rango de masas posibles para el Higgs entre 120 y 600 GeV/c². La cuestión es cuando se publicarán las primeras combinaciones ATLAS+CMS para la búsqueda del Higgs.

La materia oscura caliente podría convivir con la materia oscura fría en los halos galácticos

La mayoría de las observaciones astrofísicas y cosmológicas descartan la materia oscura caliente (partículas ligeras que se mueven a velocidades ultrarrelativistas) y apuntan hacia la materia oscura fría (partículas pesadas que se mueven más lentamente). Sin embargo, las galaxias enanas observadas en los halos galácticos son menos masivas y menos numerosas de lo que predicen los modelos teóricos de formación galáctica que tienen en cuenta sólo la materia oscura fría. Los modelos que contienen sólo materia oscura caliente tampoco las explican por razones opuestas. Una manera de arreglar esta discrepancia es asumir que coexisten ambos tipos de materia oscura, la fría y la caliente. Una idea sugerente que nos recuerda Carlos S. Frenk (Institute for Computational Cosmology, Durham), «Cosmology in our backyard,» PPC-CERN, 15 June 2011. Más información técnica en Mark Lovell et al., «The Haloes of Bright Satellite Galaxies in a Warm Dark Matter Universe,» ArXiv, 14 Apr 2011.